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傳輸網路的明日之星-ATM
 

【作者: 鄔傑林】   2000年05月01日 星期一

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一、ATM是什麼?

初看到ATM三個字,很可能腦海浮現數鈔票的自動櫃員機,然而這裡所談的ATM將是未來的通訊骨幹技術,它以非同步傳送模式(Asynchronous Transfer Mode;ATM)做為寬頻整體服務數位網路(Broadband Integrated Service Digital Network; BISDN)在傳輸及交換技術之主軸,因此早一步瞭解它的通訊原理及應用,對您的公司及個人均有益處。


BISDN所提供的服務目標是將聲音(Voice)、影像(Video)、數據(Data)整合在同一網路上ATM 的細胞(Cell)是由53位元組(Bytes)組成,其中前5個位元組稱為細胞標頭(Cell header),後48個byte稱為(pay load) 酬載,用來載送聲音、影像數據。ATM採用固定長度的細胞(Cell),可加速ATM交換器(ATM Switch)處理的速度,不像Frame Relay及Ethernet採用非固定的封包長度,ATM交換器(Switch)必須先辨認封包的長度,就網路的效能來說,固定長度的細包(Cell)很容易預測,可變長度的訊框(frame)則不易預測。就傳輸延遲來說,固定長度的細胞進入ATM Switch 中緩衝器所需的時間比可變長度的訊框(frame)短,硬體元件也容易達成加快處理速度的效果。


所以新一代的傳輸網路採用細胞交換(Cell Switch) 的技術是不可避免的趨勢。


二、ATM Forum

ATM Forum 是由一群使用者、 服務提供者、廠商組成,但並非一營利組織,其主要任務是加速現有的ITU標準下的設備可以互通及發展。 ATM Forum 開始於 1991年由 4家公司, 包括 Nortel(北電網絡)、Sprint、Sun MicroSystem 及 DEC 所組成,目標是加速ATM標準之進行。(註)


三、ATM 網路的特性

1.可以提供各種不同速率連接進入網路

ATM Forum 已公佈的實體層有關的連接速率或介面包括DS3、SONET/SDH。亦可採用IMA的方式將多條T1 or E1 透過 IMUX 接 ATM 網路。


2.ATM服務傳送能力

ATM服務傳送能力,可分為四個不同的類別(即class A、 class B、 class C、class D):


Class A:典型應用是電路模組服務(Circuit Emulation Service;CES),採用固定的位元速率(Constant bit Rate;CBR),送收端的時序必須保持,連接模式為連接導向方式,使用AAL1通信協定。


ClassB:典型應用是影像、聲音如視訊會議,採用VBR (Variable bit Rate) 可變的位元速率,時序及連接模式同Class A,使用 ALL2 通信協定。


ClassC&D:提供資料之傳送,時序採用突發性(Bursty),資料速率是變動的(Variable)。Class C是採用連接導向(Connection oriented),Class D是採用非連接導向(Connection-less), 使用 AAL3/4或AAL5通信協定。


3.採用VCC及VPC的連接方式

VP(Virtual path)虛擬路徑是由多個VC(Virtual channel) 虛擬通道組成,而傳輸路徑(transmission pass)是由很多個VP所組成,不同的VP定義不同的VPI (Virtual Path Identifier), 不同VC亦有不同的VCI (Virtual Channel Identifier),換言之,細胞路徑的選擇由VPI及VCI位址值決定。


(圖一)及(圖二)可清楚描述出傳輸路徑、VP、VC三者之間的關係,ATM利用VP與VC來達到交換與傳輸資料的目的。


《圖一 虛擬通道,虛擬路徑和傳輸路徑的關係》
《圖一 虛擬通道,虛擬路徑和傳輸路徑的關係》
《圖二 VP交換機與VC交換機》
《圖二 VP交換機與VC交換機》

4.ATM採用連接導向(connection-oriented)之協定

ATM網路的通信端在傳送資料前必須先建立虛擬連接(Virtual Connection),ATM的信號協定就是端點依其需要在ATM網路中建立VC的方式,可分為UNI及NNI兩種,此動作正如你打電話拿起話筒開始撥號,撥完號碼交換機會依路徑選擇建立連接,被叫者拿起話筒開始應答,表示路徑已建立起來,雙方開始交談,其中一人掛上電話就結束此連接。


ATM的信號通道分成聯合式信號方式(associated signaling) 和非聯合式信號方式(non-associated) 兩種類。 聯合式信號方式針對-VPC(Virtual path connection) 內的所有 VC 做選取及控制,以使特定的VC能交換;非聯合信號方式對所有VPC內的VC加以控制,UNI及NNI均採用非聯合式的信號方式。這些介面上的信號虛擬通道(Signaling Virtual channel;SVC) 的識別值為 VPCI=0及VCI=5, 此為專線式 的點對點 ATM 層連接。用戶端者透過VP交換器與網路連接,由於交換器不透過信號方式所控制,因此用戶端與網路端各必須有一 VPCI/VPI 值對應關係。換句話說,用戶端與網路端之間或網路與網路之間,含有VP交換器,則VPCI的觀念必須引入。若不考慮VP交換,則VPCI值就是VPI值,因此信號虛擬通道(Signaling Virtual Channel) 的識別值 VPCI=0 及VC=5就 是VPI=0及VCI=5。


四、ATM 在 LAN 及 WAN 上的運用:

1.ATM LAN

在傳統的區域網路內採用Ethernet Token Ring、FDDI 等方式傳送資料,跨越不同區段(Segment),則用路由器 (Router) 來串聯不同的區域網路,形成由路由器組成的骨幹網路。由於路由器處理資料的方式採用packet-by-packet 循址的方式, 它需檢查每一封包的目的地址,而決定此封包的下一個(next-hop) 路徑,受到路由器 CPU 處理速度 的限制,使路由器成為網路的瓶頸(Bottle neck )。新一代的ATM LAN,採ATM交換器做骨幹(Backbone),加速封包的處理速度,同時 ATM 交換器具備高頻寬特性,亦使用網路管理者將影像、聲音、數據、資料同時整合到同一個平台(Platform)上。因為傳統區域網路(Legacy LAN) 上採用的通訊協定是 TCP/IP,欲將路由器連接到 ATM 骨幹網路,路由器需具備LAN Emulation 的功能,才能將 TCP/IP 封包的格式轉換成ATM的細胞格式;如欲降低封包格式轉換所造成的overhead,則可以考慮採用ATM LAN Adapter (ATM網卡)安裝於主要的工作站及伺服器上直接連接到ATM交換機,形成一個完全的ATM區域網路。請參考(圖三)及(圖四)。


《圖四 以ATM為骨幹網路的架構》
《圖四 以ATM為骨幹網路的架構》

2.ATM WAN

WAN與LAN的最大差異除了WAN所涵蓋的服務範圍遠大於LAN,另外 WAN是利用載波線路(Common Carrier Line)或專線(Private Line)來連接LAN以外的區域。早期的WAN傳輸網路採用 TDM (Time Division Multiplexing) 骨幹網路,因為TDM採用固定Time Slot (時槽) 的特性,頻寬使用效率不佳,為提高頻寬使用效率,可將TDM骨幹網路裝置改成ATM交換機,將骨幹速度提升至T3或OC-3/STM-1,同時可將企業專屬(Private)ATM網,連接公眾ATM骨幹網,以便享有公眾網路所提供的服務。


五、結語

在網際網路蓬勃發展的今日,人類文明快速發展,而ATM的技術已然成熟,寬頻網路時代即將來到,其提供QoS(Quality of Service)及高頻寬的服務,結合其他寬頻接取方案(Broadband Access Solution),如ADSL、Cable Modem、LMDS;並透過 IP over ATM 的方式 (如 RFC/483,RFC/577),將傳統TCP/IP的資料流量(Traffic),導入 ATM 網路, 達成聲音、影像、數據 整合在同一傳輸網路的目標。


註︰欲進一步瞭解ATM的相關技術規格發展情形及詳內容可上網查詢www.atmforum.com


(作者任職於北電網絡公司)


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